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一升0度的水与一升100度的水相融,是不是两升50度的水?当然不是

新博平台在线登录如果现在你很渴,但身边只有一升0度的冰水和一升100度的开水,怎么办?将两升水兑在一起,是不是能够得到两升可以喝的50度的水了?

新博平台在线登录当然不是,首先,50度的水也是入不了口的,别说50度,就是40度,入口也有点烫,而且喝烫水对于食道和胃都不太友好。其次,我们所得到的水并不是两升。第三,兑在一起的水也并不是50度。

这是不是有些违背常识呢?因为在常识中,我们会将这个问题看做是一个简单的数学问题,而数学问题通常是理想化的。但在现实中,这是一个物理问题,所以必须综合考虑几个因素,第一就是水的密度,第二是水的比热容。水的密度不是1000g/L吗?是的,但这是物理老师告诉我们的数据,之所以使用这样一个固定的数据,是为了在考试的时候更加方便,否则出题者就要明确写出水的温度,这就有些过于麻烦了。

在现实之中,水的密度是不断变化的,在3.98摄氏度的时候,水的密度是最大的,而随着水温的不断升高,密度会逐渐降低。

新博平台在线登录为什么温度对于水的密度会有影响呢?这就要从温度的本质说起了。什么是温度呢?温度就是运动。世界上的一切物质都是由分子和原子所构成的,而分子和原子时时刻刻都处于运动之中,即便是一块看起来纹丝不动的石头,它内部的分子也没有一刻停歇,区别只在于运动的快慢而已。

物质内部的分子运动速度越快,那么这个物质的温度就越高,反之运动速度越慢,物质所呈现出来的温度就越低,如果一个物质内部的分子完全静止,那么这个物质就会呈现为绝对零度,也就是零下273.15摄氏度。

新博平台在线登录温度越高,物质内部的分子运动速度就越快,而水是由水分子所组成的,温度越高,水分子的运动速度就越快,而运动速度越快,分子之间的空隙就越大,所以密度也就越低,因此随着温度的升高,水的密度就会下降。

新博平台在线登录所以在相同质量下,温度越高的水,体积就越大。既然如此,为什么温度更低的冰比水的体积更大呢?这就是另外一个问题了,因为水结冰时,分子会缔合在一起形成一个巨大的缔合分子,而冰中的水分子结构是每一个氧原子都有四个氢原子作为紧邻的四面体结构,这样一种敞开式的结构使得空隙增大,所以冰相比水而言,体积自然也就更大了。不过我们无需考虑冰的问题,这里所说的只是0摄氏度的水。在你的印象中,0摄氏度代表着冰水混合物,但实际上既有0度的冰,也有0度的水。

0度的水如果想要变成0度的冰,还需要释放一点热量,反之,0度的冰如果想要变成0度的水,则需要吸收一点热量。

现在我们明白了不同温度的水的密度为什么不同,那么0度的水和100度的水的密度分别为多少呢?0度水的密度是99.84g/L,而100度水的密度为958.36g/L,所以将二者融合之后,我们就会得到1958.2g的水。有了水的质量,要想知道最终水的体积和温度,我们还需要考虑另一个因素,就是水的比热容。

什么是比热容呢?比热容指的就是一千克质量的水升高或降低1度时吸收或放出的热量。由于水含有很强的氢键,而氢键在加热室会吸收大量的热量,所以水的比热容是比较大的,也就是说水升温的时候会吸收大量的热量,而降温的时候会释放巨大的热量,这就是我们平时要给食物加热可以泡热水,而给食物降温可以泡冷水的原因。

新博平台在线登录和密度相同,比热容也会随着温度的变化而变化,不过它的变化幅度并不是很大,0摄氏度的水的比热容是4.216,而100摄氏度的水的比热容为4.212。

新博平台在线登录接下来,我们就可以根据能量守恒定律来计算最终的数字了,本着“如无必要,勿增公式”的科普原则,我们就不列举计算过程了,而是直接给出计算结果。最终的结果是,一升0摄氏度的水与一升100摄氏度的水相融合,最终会得到约1.99升的48.6摄氏度的水,这些水的总重量为1958.2g。对于我们而言,一升0度的水和一升100度的水融合后是否会得到两升50度的水并没有实际意义,而且最终的结果其实也和两升50度的水差不太多,权且当做对物理知识的一次有趣探讨吧,如果你有不同的看法,欢迎讨论。

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